柔性印制電路中粘結(jié)劑的使用

在柔性印制電路中粘結(jié)劑的作用是把銅箔和絕緣基板粘接在一起，而在多層柔性的設(shè)計(jì)中，則把內(nèi)層粘接在一起。所用的粘結(jié)劑和支撐介電薄膜的性能共同決定了柔性層壓板的性能。焊接之后柔性印制電路的結(jié)合強(qiáng)度、空間穩(wěn)性和柔韌性是決定粘結(jié)劑是否與其應(yīng)用場(chǎng)合相適宜的關(guān)鍵因素(Wallig ， 1992) 。

粘結(jié)劑，例如丙烯酸樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、改良的聚酯和縮丁醛酚醛樹(shù)脂已經(jīng)不同程度地成功粘接了柔性印制電路。因?yàn)榫劭狨啺泛途埘ソ^緣薄膜是兩種最常用的基板材料，下面來(lái)說(shuō)明這些粘結(jié)劑的典型應(yīng)用。

1 丙烯酸粘結(jié)劑

丙烯酸粘結(jié)劑具有高熱阻和良好的電性能。它們已經(jīng)被成功的應(yīng)用在聚酷酰亞胺薄膜基板上，并已經(jīng)使聚酷酰亞胺/丙烯酸成為動(dòng)態(tài)柔性應(yīng)用的首要選擇。然而，許多柔性印制電路制造商發(fā)現(xiàn)丙烯酸粘結(jié)劑的厚度和較高的z 軸擴(kuò)張，成為了在電子封裝方面有更多要求的限制因素。另外，一些在光阻過(guò)程中使用的溶劑和在電鍍和蝕刻中使用的堿性溶劑容易對(duì)聚酷酰亞胺/丙烯酸粘結(jié)劑層壓板造成影響。如果這些溶劑沒(méi)有被去除，被多層層壓板吸收的溶劑是很難剔除掉的，這會(huì)導(dǎo)致層的分離或起泡問(wèn)題。

在高密度設(shè)計(jì)中，空間穩(wěn)定性和小鉆孔的問(wèn)題(鉆孔涂污)可能造成產(chǎn)量的減少，換言之，就是增加了單位成本。如果這些問(wèn)題不被控制，則可能導(dǎo)致鍍通孔故障。

大部分剛?cè)嵝韵到y(tǒng)使用丙烯酸粘結(jié)劑制造。基于此，大多數(shù)回蝕或孔清洗過(guò)程普遍使用的是等離子體系統(tǒng)。等離子體系統(tǒng)使用被電離的氣體工作，它是由一個(gè)射頻源將混合了氧氣的氟利昂電離產(chǎn)生的。它可以去除裝配的柔性印制電路部分的涂污，但是并不損壞可能存在于剛性部分孔中的玻璃纖維。等離子體處理之后，留在孔中的有機(jī)殘余物可使用堿性清洗劑通過(guò)超聲波清潔器清除，這個(gè)過(guò)程需要在140"(; 溫度下持續(xù)2 - 3min 。

2 聚酷酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂

聚酷酰亞胺物質(zhì)也可以與聚酷酰亞胺粘結(jié)劑成功配對(duì)使用。聚酷酰亞胺粘結(jié)劑的抗化學(xué)性能及電性能和丙烯酸粘結(jié)劑一樣好，甚至比丙烯酸粘結(jié)劑更好。另外，它們比柔性印制電路中使用的其他任何粘結(jié)劑都具有更好的熱阻。

一些以聚酷酰亞胺為基礎(chǔ)的柔性印制電路層壓板混合了環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑。環(huán)氧樹(shù)脂通常具有良好的電性能、熱性能和力學(xué)性能，然而由于在加工過(guò)程中出現(xiàn)的樹(shù)脂交叉連接，使它們只局限于靜態(tài)撓曲的應(yīng)用。

聚酷酰亞胺和環(huán)氧粘結(jié)劑較小的動(dòng)態(tài)柔性不是一個(gè)嚴(yán)格的限制，因?yàn)樯a(chǎn)的大多數(shù)柔性印制電路應(yīng)用于靜態(tài)柔性中。聚酷酰亞胺和環(huán)氧粘結(jié)劑增加了層壓板的硬度，這使得多層柔性和剛性板具有更好的空間穩(wěn)定性，更好的加工性和較小的整體粘接厚度。

在焊錫過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂保持了良好的環(huán)境。在周?chē)h(huán)境溫度達(dá)到120℃時(shí)，它們顯示出了長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)包括改良的丁醛酚醛和腈酚醛樹(shù)脂。它們被廣泛的應(yīng)用，價(jià)格通常比丙烯酸樹(shù)脂低，但是比聚酯薄膜高。

3 聚酯薄膜和酚醛塑料

通常用于聚酯基板的典型粘結(jié)劑有，聚酯薄膜或丁縮醛酚醛塑料粘結(jié)劑。聚酯薄膜粘結(jié)劑具有極好的電性能、極好的柔性和較低的熱阻。聚醋薄膜是一種最低價(jià)格的粘結(jié)劑，聚酯薄膜粘結(jié)劑是惟一能夠適于粘接層壓板和聚酯覆膜的粘結(jié)劑。聚酯薄膜粘結(jié)劑較低的熱阻不能應(yīng)用于層壓，可用于不需要進(jìn)行錫奸焊的電路中，如許多自動(dòng)推進(jìn)電路以及成本有限的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的電路中。

4 無(wú)膠層壓板

在新材料中，一個(gè)主要的創(chuàng)新是元膠覆銅層壓板，它的出現(xiàn)迅速引起了柔性印制電路制造者和使用者的注意，因?yàn)樗鼮閱蚊婧碗p面電路提供了改良的操作性能，也為軟硬結(jié)合板提供了改良的操作性能(Pollack 和Jacques ， 1992) 。在一些新型層壓板中，不需使用粘結(jié)劑銅就被粘接到聚眈亞膠薄膜上了。與使用粘結(jié)劑的層壓板相比，無(wú)膠層壓板具有更薄的電路、更大的柔性和更好的導(dǎo)熱性(Cram ， 1994a) 。另外，更多層數(shù)的軟硬結(jié)合板的熱應(yīng)力性能也極好。使用以下四種技術(shù)中的任何一種都能夠制造出無(wú)膠層壓板，這四種技術(shù)包括:

①澆鑄薄膜;②蒸氣沉積薄膜;③飛濺薄膜;④電鍍薄膜。

澆鑄薄膜方法包括在金屬箱表面澆鑄聚乙烯氨基酸溶液，然后將其全部加熱到一定溫度，使溶劑蒸發(fā)、聚乙烯氨基酸亞胺化，這個(gè)過(guò)程形成了聚酰亞胺或經(jīng)改良的氨基聚酰亞胺薄膜。盡管銅能夠很好地附著在薄膜上，但是這個(gè)方法通常限制銅的厚度在loz 以上。雖然可形成較薄的銅，但處理很困難，并且戚本也太高。通過(guò)觀察，元膠層壓板比使用粘結(jié)劑層壓板尺寸變化的可重復(fù)性更對(duì)于蒸氣沉積方法，銅在真空艙中蒸發(fā)，金屬蒸氣沉積在薄膜上。通過(guò)對(duì)薄膜的表面處理可提高銅的附著力。這種方法通常限制銅的厚度大約為0.2μm ，其他的銅的厚度可通過(guò)電解電鍍保證。

與聚酯粘結(jié)劑相比，丁縮酚醛粘結(jié)劑的熱阻較大，但是它們的電性能不是很好，并且柔性也不是很好。然而，通過(guò)添加劑的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)酚醛塑料粘結(jié)劑的柔性。

飛濺薄膜的方法包括把薄膜放置在一個(gè)有銅陰極的大真空艙內(nèi)。這個(gè)陰極被正離子轟擊，產(chǎn)生了帶電的銅粒子，粘附在薄膜上，形成了極薄的銅筒，隨后通過(guò)電解銅的層疊達(dá)到想要的厚度。然而，這種銅的附著力沒(méi)有澆鑄或電鍍的方法好，而空間穩(wěn)定性與使用粘結(jié)劑的材料相當(dāng)。

使用電鍍薄膜的方法制造無(wú)膠層壓板，就是在聚酰亞胺薄膜上鍍銅。這個(gè)過(guò)程首先要對(duì)薄膜卷進(jìn)行表面處理，接著使用極薄的金屬阻隔涂層來(lái)提高銅的附著力，然后銅被不斷的電鍍?cè)诮饘僮韪敉繉由?，以達(dá)到理想的厚度。這種屬沉積的過(guò)程可以控制，以形成很薄的銅箔，具有較大的需求量。

一種常見(jiàn)的無(wú)膠聚酰亞胺層壓板是Mis 杜邦公司生產(chǎn)的Pyralux AP (杜邦公司的電子材料，美國(guó)北卡羅來(lái)納州研究三角公園)。這種層壓板在200℃以上的溫度中能夠保持連續(xù)的熱穩(wěn)定性、極好的抗化學(xué)性、低的吸濕性、在z 軸方向上的低熱膨脹系數(shù)，以及極好的焊接阻抗。它們和丙烯酸的、環(huán)氧的和聚酰亞胺的粘結(jié)劑是兼容的( Crum , 1994) 0 Pyralux AP 是一種雙面銅箔的層壓板，它是由聚酰亞胺薄膜粘接在銅箔上的無(wú)膠合成物。層壓板的所有聚酰亞胺絕緣體結(jié)構(gòu)改善了柔性印制電路板，并被推薦應(yīng)用于雙面、多層柔性板，也應(yīng)用于需要先進(jìn)的材料性能和高可靠性的軟硬結(jié)合板中。層壓板由IPC-FC-241111 Class 3 鑒定。

5 無(wú)膠層壓板的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)無(wú)膠層壓板用于制造柔性印制電路和剛?cè)嵝远嗷鍟r(shí)，能發(fā)揮其極好的性能優(yōu)勢(shì)。許多優(yōu)點(diǎn)是基于其本身電路較薄，并且避免了薄膜與銅宿粘接時(shí)粘結(jié)劑不匹配的問(wèn)題的。無(wú)膠覆銅層壓板較薄是因?yàn)橥ǔ訅喊逯腥鄙倭? - 2mil的粘結(jié)劑，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使電路層數(shù)成比例的增加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在鍍通孔時(shí)使用無(wú)膠層壓板能減少4mil 的厚度，可與雙面板相媲美。

目前，丙烯酸粘結(jié)劑在粘接柔性印制電路中的應(yīng)用已經(jīng)被認(rèn)為是限制使用的材料技術(shù)，這是由于在粘結(jié)劑和聚酰亞胺薄膜之間的高熱擴(kuò)張系數(shù)與銅的延展性相互矛盾，這個(gè)問(wèn)題通過(guò)對(duì)電路結(jié)構(gòu)的不同處理已經(jīng)得到解決。所有這些方法的共同目的就是通過(guò)在重要區(qū)域(例如剛?cè)犭娐凡糠?有選擇地減少粘結(jié)劑基材的使用來(lái)盡可能地避免粘結(jié)劑帶來(lái)的問(wèn)題，特別是覆膜和用改良的丙烯酸樹(shù)脂制造的澆鑄粘結(jié)劑。

對(duì)于粘結(jié)劑基板不適合的操作環(huán)境，可使用無(wú)膠電路，它的薄結(jié)構(gòu)具有很好的導(dǎo)熱性，并且避免了粘結(jié)劑的熱阻問(wèn)題。聚酰亞胺可在450℃的溫度下連續(xù)工作，且不會(huì)使材料退化。粘接到散熱器上的無(wú)膠電路可應(yīng)用于高性能和高可靠性的電路中，例如自動(dòng)推進(jìn)電子電路。

無(wú)膠電路的另外一個(gè)重要的性能是它能夠保持相同的厚度。由于薄膜的玻璃轉(zhuǎn)換溫度高，銅走線不會(huì)變形為基板薄膜。相反，使用粘結(jié)劑的導(dǎo)體圖形則不可控制。

目前，已經(jīng)對(duì)無(wú)膠電路與使用粘結(jié)劑的電路的性能進(jìn)行了寬范圍的測(cè)試比較。圖1為使用標(biāo)準(zhǔn)的粘結(jié)劑制造的10 層板和由電鍍的方法制造的相同層數(shù)的電路的彎曲循環(huán)數(shù)的比較結(jié)果。由圖可知，無(wú)膠電路中導(dǎo)體被破壞的彎曲循環(huán)數(shù)相當(dāng)高，無(wú)膠電路可承受的彎曲周期數(shù)為使用標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)劑電路的兩倍。

圖2為電鍍膜材料和使用標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)劑的18 層電路中鍍通孔的完整性比較。在- 65 -125℃之間，標(biāo)準(zhǔn)的粘結(jié)劑電路只持續(xù)了175 個(gè)溫度周期，而無(wú)膠電路在500 個(gè)溫度周期時(shí)仍然保持完好。